一種基于碳納米管冷陰極的回旋管電子槍的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于微波毫米波技術領域，特別是回旋管配套用140GHz碳納米管冷陰極磁控注入電子槍。
【背景技術】
[0002]微波、毫米波電真空輻射源器件作為雷達、電子對抗、空間通信等軍事電子系統(tǒng)不可缺少的核心器件一直受到廣泛重視.在上述電真空器件中陰極和電子光學系統(tǒng)則占有舉足輕重的地位，傳統(tǒng)器件一般采用熱發(fā)射陰極系統(tǒng)，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，熱發(fā)射陰極工藝已非常成熟，被廣泛應用于各類電真空器件中.但熱發(fā)射陰極存在以下顯著缺點:結構復雜，成本高，陰極系統(tǒng)由多種金屬和陶瓷部件構成，由于熱陰極工作在上千度的高溫環(huán)境，陰極中加熱用的燈絲容易斷裂或短路，導致器件損壞，因而陰極系統(tǒng)損壞是電真空器件失效的主要原因；另一方面由于需要加熱功率，增加了系統(tǒng)的復雜性，降低了系統(tǒng)效率，需要較長時間才能達到工作溫度，尤其對于大功率器件，其啟動時間往往長達幾分鐘，給使用帶來很大不便。
[0003]碳納米管作為場致發(fā)射性能優(yōu)異的新型冷陰極材料，具有工作電壓低，發(fā)射電流大，使用壽命長，可靠性高等特點，是當前的研究熱點。目前已在場致發(fā)射顯示器X射線管，陰極射線管等領域廣泛應用，同時其在毫米波電真空輻射源器件的應用也具有廣闊的前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本專利的目的是針對【背景技術】存在的弊端結合碳納米管場致發(fā)射材料的優(yōu)異性能，設計一種碳納米管場致發(fā)射冷陰極替代回旋管電子槍的熱陰極。使得磁控注入電子槍能夠隨著器件頻率向毫米波，亞毫米波頻段的發(fā)展，具有反應速度快，效率高，尺寸小，可靠性高等一系列優(yōu)點，從而能極大的提高電真空器件的性能。
[0005]本發(fā)明的技術方案為一種基于碳納米管冷陰極回旋管電子槍，該電子槍包括:陰極、陽極、磁控裝置，其中陰極為末端為錐形的柱狀金屬結構，其特征在于圍繞陰極末端的錐形斜面設置有一圈碳納米管；陽極為內(nèi)部設置有電子腔的管狀金屬結構，陰極的錐形末端設置于陽極的電子腔內(nèi)，順電子發(fā)射方向陽極電子腔的內(nèi)徑階段性縮小，相鄰階段之間設置有過度段，使不同內(nèi)徑的階段平緩過渡；陽極外圍設置有磁控裝置，用于控制電子的運動軌跡。
[0006]進一步的，所述碳納米管嵌入陰極末端錐形斜面內(nèi)，表面與斜面齊平。
[0007]進一步的，陰極發(fā)射帶半徑為45到50mm，寬度為0.8到1.5mm，，陽極電壓75到83Kv。
[0008]本發(fā)明首次在140GHz高功率回旋管中使用碳納米管冷陰極發(fā)射帶，使碳納米管冷陰極回旋管電子槍不僅能同傳統(tǒng)熱陰極電子槍一樣在達到一定速度比要求的同時，實現(xiàn)速度離散低，軌跡呈良好的螺旋狀態(tài)。而且，其具有了碳納米管冷陰極材料的反應速度快，即時啟動的特點，同時，因其采用場發(fā)射原理不需要像熱陰極那樣的高溫條件，使其能夠更好的加工設計，有較低的功率損耗，起到節(jié)約能源，保護環(huán)境的效果。
【附圖說明】
[0009]圖1為回旋管電子槍陰極與陽極的二維結構圖。
[0010]圖2為140GHz碳納米管冷陰極回旋管電子槍的二維縱向切面仿真圖(因其軸向，徑向分別對稱，本圖取其剖面上半部分)。
[0011]圖3為碳納米管冷陰極電子槍發(fā)射出電子束達到的速度比。
[0012]圖4為碳納米管冷陰極電子槍發(fā)射出電子束達到的軸向速度。
[0013]圖5為碳納米管冷陰極電子槍發(fā)射出電子束達到的徑向速度。
[0014]圖中:1.陰極，1.1.碳納米管陰極發(fā)射帶，2.陽極3.電子束軌跡。
【具體實施方式】
[0015]本實施方式以140GHz碳納米管冷陰極回旋管電子槍為例。
[0016]設定如下具體尺寸:陰極發(fā)射帶半徑為48.7mm，寬度為1mm，陽極電壓是81Kv。整個槍體總長度約為370mm。如圖2為回旋管電子槍從碳納米管陰極表面發(fā)射出電子實現(xiàn)的良好螺旋軌跡圖。如圖3為碳納米管冷陰極發(fā)射出的電子達到的速度比為1.3。如圖4，5可以看出電子束分布集中，空間電荷效應不強電子束離散小。相比于熱陰極預熱長達幾分鐘的啟動時間，本設計電子槍通過控制電場強度實現(xiàn)瞬時啟動，大大提高了回旋管電子槍的反應速度。同時熱陰極工作在高溫下，存在極強的散熱問題和對其周圍器件的熱輻射問題，本設計冷陰極電子槍良好的解決目前熱陰極電子槍的這一弊病，起到了節(jié)約能源保護環(huán)境的效果O
【主權項】
1.一種基于碳納米管冷陰極回旋管電子槍，該電子槍包括:陰極、陽極、磁控裝置，其中陰極為末端為錐形的柱狀金屬結構，其特征在于圍繞陰極末端的錐形斜面設置有一圈碳納米管；陽極為內(nèi)部設置有電子腔的管狀金屬結構，陰極的錐形末端設置于陽極的電子腔內(nèi)，順電子發(fā)射方向陽極電子腔的內(nèi)徑階段性縮小，相鄰階段之間設置有過度段，使不同內(nèi)徑的階段平緩過渡；陽極外圍設置有磁控裝置，用于控制電子的運動軌跡。2.如權利要求1所述的一種基于碳納米管冷陰極回旋管電子槍，其特征在于所述碳納米管嵌入陰極末端錐形斜面內(nèi)，表面與斜面齊平。3.如權利要求1所述的一種基于碳納米管冷陰極回旋管電子槍，其特征在于陰極發(fā)射帶半徑為45到50mm，寬度為0.8到1.5mm，，陽極電壓75到83Kv。
【專利摘要】該發(fā)明公開了一種基于碳納米管冷陰極回旋管電子槍，屬于微波毫米波技術領域。該電子槍包括：陰極、陽極、磁控裝置，其中陰極為末端為錐形的柱狀金屬結構，其特征在于圍繞陰極末端的錐形斜面設置有一圈碳納米管；陽極為內(nèi)部設置有電子腔的管狀金屬結構，陰極的錐形末端設置于陽極的電子腔內(nèi)，順電子發(fā)射方向陽極電子腔的內(nèi)徑階段性縮小，相鄰階段之間設置有過度段，使不同內(nèi)徑的階段平緩過渡；陽極外圍設置有磁控裝置，用于控制電子的運動軌跡。使得磁控注入電子槍能夠隨著器件頻率向毫米波，亞毫米波頻段的發(fā)展，具有反應速度快，效率高，尺寸小，可靠性高等一系列優(yōu)點，從而能極大的提高電真空器件的性能。
【IPC分類】H01J23/075, H01J23/04, C01B31/02
【公開號】CN105551914
【申請?zhí)枴緾N201511020566
【發(fā)明人】趙青, 楊興興, 丁未, 劉建衛(wèi)
【申請人】電子科技大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月29日